WO1994004834A1 - Verwendung eines befestigungselements aus kunststoff - Google Patents

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WO1994004834A1
WO1994004834A1 PCT/EP1993/002189 EP9302189W WO9404834A1 WO 1994004834 A1 WO1994004834 A1 WO 1994004834A1 EP 9302189 W EP9302189 W EP 9302189W WO 9404834 A1 WO9404834 A1 WO 9404834A1
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fastening element
thread
plastic
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PCT/EP1993/002189
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Peter Hauck
Wilfried Bassler
August Borchard
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Böllhoff & Co. GmbH & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to the use of a fastening element, in particular a screw, a nut, a threaded insert, a rivet, a threaded bushing or a threaded pin made of plastic on or in a component, in particular made of plastic, and fastening elements of this type.
  • a fastening element in particular a screw, a nut, a threaded insert, a rivet, a threaded bushing or a threaded pin made of plastic on or in a component, in particular made of plastic, and fastening elements of this type.
  • Plastic screws and threaded inserts made of plastic in connection with components made of metal or plastic are known. These screws or threaded inserts are designed in the same way as corresponding screws or threaded inserts made of metal and are used in the same way as fastening elements, the strength of the connection depending on the strength of the plastic. In order to achieve approximately the same strength as metal screws or threaded inserts, it is known to use high-quality plastics with good strength properties, e.g. B. polyamide plastic (PA), preferably glass fiber reinforced, to use and produce the component from inexpensive plastic with low strength.
  • PA polyamide plastic
  • a disadvantage of these known screws or threaded inserts made of plastic is that, like the corresponding metal parts, they have to be unscrewed from the component and sorted out before the component and / or the screws or threaded inserts can be used to produce similar types or other plastic can be recycled quickly.
  • the outlay for such recycling is high due to the required dismantling and sorting, not least because the fastening elements are due to the Have their type of connection to the component sorted out after the component has been smashed, the type purity not being guaranteed due to material residues still adhering.
  • Plastic screws or thread inserts are therefore usually only used if their use compared to metal screws or thread inserts for other reasons, e.g. the corrosion protection appears advantageous.
  • the object of the invention is to create a possibility of recycling fastening elements of the type mentioned together with the component to which they are connected.
  • the fastening element and the component according to the invention consist of compatible materials, in particular plastics, when they are recycled together.
  • compatible means that the plastic material of the screws or threaded inserts completely mixes with that of the component during melting and regranulation and distributes it homogeneously without thermal damage to one or the other plastic material and without clogging of spray nozzles, sprue channels or harmful deposits occur in an injection molded part made from them.
  • the material pairing can be selected so that there is also a synergistic effect.
  • the melting point of the plastic for the fastening element is approximately the same as that of the plastic used for the component and the plastics are in particular of the same type.
  • the plastics are e.g. the polyolefins with one another and the polyamides.
  • the plastic for the fastening element can be set harder and / or more impact-resistant than the plastic for the component and can in particular contain strength-increasing fillers such as glass fibers, glass balls, carbon fibers or minerals.
  • an impact-modified polyamide (PA) with 50% glass fiber is suitable, which can be recycled for the component when mixed with other, simple polyamides.
  • a polypropylene (PP) which is chemically coupled with polyethylene (PE) and contains 40% glass fiber, can be recycled as material for the fastening element with all polyolefins as material for the component.
  • PP polypropylene
  • POM polyoxymethylene
  • a copolymer of POM with 40% glass fiber can also be combined with a corresponding copolymer.
  • a combination is made with an impact-modified polybutylene terephthalate PBTP with 40% glass fiber and a simple PBTP or an impact-modified polyethylene terephthalate (PETB) with 40% glass fiber 5 and a simple (PETB), whereby the glass fiber content can vary.
  • PBTP polybutylene terephthalate
  • PETB impact-modified polyethylene terephthalate
  • the regulated material can be processed into all components in which it is based on a small proportion of the substance
  • the outer surface area to be pressed in, bonded in, or to be joined or to be encapsulated by ultrasonic welding, friction welding, or the outer surface area
  • Sonotrode an energy direction transmitter so that only the material of the energy direction transmitter is plasticized and distributed as weld metal over the counter surface of the bore. 35 Due to the higher strength of the material used for the fastening elements, it is also possible to provide, for example, a screw or a threaded insert with a self-tapping thread, so that the screw or the threaded insert can be screwed directly into a preformed or predrilled hole.
  • the thread grooves can be axially offset from one another, for example, and have a distance from one another that is at least that Corresponds to twice the pitch.
  • the thread grooves can be rounded out broadly and with a large radius, as a result of which a notching effect in this area of the thread profile is avoided.
  • screws or thread inserts with threads designed in this way can be produced in an injection molding process with a two-part mold if the mold parting plane is placed in the jump points.
  • the thread height in the screw-in direction preferably increase steadily from a minimum value to a maximum value in the circumferential direction and to reduce the thread length at least once, preferably after every half thread turn, to a reduction to the small value so that the paragraph forms an anti-rotation lock.
  • This unscrewing lock prevents a tightened screw from loosening or loosening or a threaded insert with a screw screwed into it from the component.
  • a single shoulder located approximately in the middle of the screw-in length can already form a sufficient turning lock, since the increasing thread height at the Screwing in the fastening element, a component or when screwing on a nut material is displaced and claws behind the shoulder due to the material elasticity at the largest value of the thread height.
  • the thread height can preferably increase over a half thread turn from the small value to the largest value, so that diametrically opposite shoulders are formed after every half thread turn.
  • the start of a thread with the lowest value and the end of a thread with the largest value can be aligned with one another, so that the thread runs continuously from start to finish and paragraphs only form at the transition from the largest value to the lowest value.
  • This ensures that the thread grooves are wide and can be rounded off with a large radius, as a result of which a notching effect of this part of the thread profile can be avoided.
  • a normal nut or a threaded hole with continuous threads can be used to hold the fastening element according to the invention.
  • the screw or the thread insert has a self-tapping thread, there can be at least one cutting groove at the screw-in end, while the axial displacement - 7 -
  • the plastic screws can also be screwed into wooden parts, for example in model making, and can be worked on without problems, without causing damage to the cutting knives.
  • the wooden elements can be removed with the plastic screws without leaving any residues e.g. be burned.
  • the outer surface area of the threaded bushing or the threaded pin and / or the corresponding inner surface area of the bore in the component can advantageously be a conical surface, the conical angle of which can be approximately 8 °.
  • both the outer surface area of the threaded bushing or the grub screw as well as the inner surface area of the bore are formed as a conical surface, the pointed elevations with the recesses in between can be dimensioned so that after the welding is complete, there is a full-surface contact and, if necessary excess molten material is displaced into an annular groove arranged in the area of the threaded bush or the threaded pin adjacent to the component surface.
  • the elevations can be designed as tip ring ribs or threads.
  • the outer surface of the threaded bush or the threaded pin can be non-circular, preferably provided with at least one axial groove in the outer surface.
  • two diametrically opposed axial grooves can be arranged in the outer surface, which end approximately in the area of the annular groove and are filled with material of the component during ultrasonic or friction welding.
  • FIG. 1 shows the side view of a plastic head screw with self-tapping thread
  • FIG. 2 shows an axial view of the threaded shaft of the screw according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows the side view of a threaded shaft with a different thread
  • FIG. 4 shows a view of the threaded shaft according to FIG. 3 offset by 90 °
  • FIG. 5 shows an axial view of the threaded shaft of FIGS. 3 and 4;
  • FIG. 7 shows an axial view of the threaded insert according to FIG. 6;
  • FIG. 10 is a plan view of the threaded bushing according to FIG. 9.
  • a cap screw 1 consists of a hexagon head 2 with a shaft 3 which has a round thread 4. At the free shaft end there are two cutting grooves 5 offset by 180 ° , while diametrically opposite each thread has flats or grooves 6.
  • the screw 1 consists of a plastic which is compatible, in particular of the same type, with the plastic of the component into which the screw 1 is to be screwed. However, the plastic of the screw 1 is preferably harder and / or more impact-resistant than the plastic for the component and contains strength-increasing fillers such as glass fibers, glass balls, carbon fibers or minerals. The screw 1 can therefore be screwed into a bore of the component and the round thread 4 itself is afraid.
  • FIGS. 3 to 5 only show a shaft 7 which can either carry a head, in particular a hexagon head, as in FIG. 1, or serves as a threaded pin.
  • the component shown in FIGS. 3 to 5 can also be designed as a thread insert.
  • the thread shown in FIGS. 3 to 5 is a pointed thread 8, whose thread groove 9 has twice the width of the pitch of a normal thread.
  • Each thread 10 runs through 360 ° , ie once around the threaded shaft 7. After 360 °, the next thread turn 10 is axially displaced by the amount of a thread height and runs around the shaft 7 once again.
  • the same game repeats itself step by step. As a result, the screw receives a jump point 11 in each gear.
  • jump points which are offset from one another by 180 °. This has the advantage that these screws can be produced in a two-part injection mold, the parting plane of which runs through the plane of the jump points.
  • the threaded insert 12 shown in FIGS. 6 to 8 is provided with threads 13, the height of which increases in the circumferential direction over 180 ° from a minimum value to a maximum value, and after every half thread 13 via a shoulder 14 again reduced to the lower value.
  • the paragraph 14 located here represents the screw-out lock. If the threaded insert 12 is screwed clockwise into a bore in a component - a screw-in tool with a pin can be inserted in axial grooves 15 for this purpose - the material of the component becomes in the bore partially displaced and partially yields elastically, so that after completion of the screwing it claws behind the shoulders 14 and unscrewing the threaded insert 12 is only possible with great effort.
  • each thread groove as already described with reference to FIGS. 3 to 5, has twice the width of the pitch of a normal thread.
  • Half a thread turn 13 runs through 180 ° around the threaded shaft 12. After 180 °, the next half thread turn 13 is axially displaced by the amount of one thread height. The thread insert 12 thereby receives a jump in every half thread 13, the larger one at the end of the half thread thread 13 forms the shoulder 14 and thus the turning lock.
  • the threaded bushing according to FIG. 8 is provided with a self-tapping thread, so that it can be screwed into a bore without the bore having to be threaded beforehand.
  • the threaded bushing 12 has cutting grooves 15 diametrically opposite one another at the screwing end.
  • the threaded bushing 12 has normal thread turns with a uniform thread height and without axial misalignment. The variable thread height and / or the axial offset of the thread starts only after the cutting grooves 15 at the screwing end.
  • the threaded shank of a screw or a threaded pin can have a thread with the unscrewing lock according to the invention, which can also be the same.
  • the material of the fastening element provided with it must have a higher strength and hardness than the material into which the fastening element is screwed.
  • the fastening element according to the invention can advantageously be used particularly in conjunction with soft plastics such as polyurethane or elastomers.
  • the increase in the thread height from the small value to the largest value can be differently great, with soft plastics such as polyurethane or rubber the increase in height is great, while the increase in height in connection with components made of solid plastic or metal is less.
  • a threaded bushing 16 has an inner bore 17, which can have a thread.
  • a thread is not required if a screw with a self-tapping thread is screwed into the bushing 16.
  • the outer surface area of the threaded bushing 16 engaging in a bore of the component (not shown) has a larger number of ring ribs 18 which are separated from one another by ring grooves 19.
  • the ring ribs 18 can also be formed as threads.
  • a larger and deeper annular groove 20 is arranged than the annular grooves 19.
  • Two axial grooves 21 are arranged diametrically opposite one another in the outer surface of the threaded bush 16 and end approximately in the area of the last annular rib 18 in front of the larger annular groove 20.
  • the outer surface of the threaded bush 16 is weakly cone-shaped with a cone angle of approximately 8 °. This can either be achieved in that the height of the ring ribs 18 increases in accordance with the cone angle from the bottom up or in that both the bottom of the ring grooves 19 and the tips of the ring ribs 18 are tapered, so that the ring ribs 18 from bottom to top have the same height. - 13 -
  • the threaded bushing 16 is preferably inserted into a corresponding conical bore of a component, so that initially a plurality of ring ribs 18 bear against the inner surface of the bore. If a sonotrode is now placed on the threaded bush 16, the tips of the ring ribs 18 act as an energy direction indicator, are plasticized and distributed as weld metal over the inner surface. In the process, the threaded bush 16 moves into the bore, so that ring ribs 18 are gradually plastified.
  • a larger annular groove 20 serves as tolerance compensation if the bore in the component is too narrow or the threaded bush is too large. In this case, the molten material of the ring ribs 18, after it has filled the ring grooves 19, is pushed upwards and fills the larger ring groove 20 without excess material escaping from the bore.
  • Axial grooves 21 lying diametrically opposite one another serve as anti-rotation lock when material of the component is clawed into these axial grooves 21.
  • a further possibility of securing against rotation is to give the threaded bush an out-of-round shape, e.g. through flattening, incisions and notches.
  • fastening elements according to the invention made of plastic together with a component made of a plastic that is compatible with the plastic of the fastening elements, it is possible to produce plastic that has been regranulated from the material of the component and the fastening elements, without the fastening elements and Components from each other
  • connections are sufficiently firm, since within a group of compatible plastics it is always possible to combine high-strength plastics for fastening elements with less expensive plastics suitable for the components.

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Abstract

Verwendung eines Befestigungselements, insbesondere einer Schraube (17), einer Mutter, eines Gewindeeinsatzes (12), eines Niets, einer Gewindebuchse (16) oder eines Gewindestifts aus Kunststoff zusammen mit einem Bauteil aus einem mit dem Kunststoff und dem Befestigungselement bei einer gemeinsamen Wiederverwertung kompatiblen Werkstoff, insbesondere Kunststoff. Das Einschraubgewinde (4, 8, 15) des Befestigungselements kann selbstfurchend sein und das Material des Befestigungselements gegenüber dem Material des Bauteils eine höhere Festigkeit, z.B. durch Glasfasern besitzen. Miteinander kompatible Kunststoffe, auch wenn sie mit Füllstoffen versehen sind, lassen sich ohne vorheriges Aussortieren bei allen herkömmlichen Verarbeitungsverfahren wiederverwerten.

Description

"Verwendung eines Befestigunqsele ents aus Kunststoff"
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Befestigungs- elements, insbesondere einer Schraube, einer Mutter, eines Gewindeeinsatzes, eines Niets, einer Gewindebuchse oder eines Gewindestiftes aus Kunststoff an oder in einem Bauteil, insbesondere aus Kunststoff, sowie derartige Befestigungselemente.
Stand der Technik
Kunststoffschrauben und -gewindeeinsätze aus Kunststoff in Verbindung mit Bauteilen aus Metall oder Kunststoff sind bekannt. Diese Schrauben bzw. Gewindeeinsätze sind in gleicher Weise wie entsprechende Schrauben oder Gewin¬ deeinsätze aus Metall gestaltet und werden in derselben Weise als Befestigungselemente verwendet, wobei die Fe¬ stigkeit der Verbindung von der Festigkeit des Kunst¬ stoffs abhängt. Um eine gegenüber Metallschrauben bzw. -gewindeeinεätzen annäherend gleiche Festigkeit zu errei¬ chen, ist es bekannt, hochwertige Kunststoffe mit guten Festigkeitseigenschaften, z. B. Polyamid-Kunststoff (PA), vorzugsweise glasfaserverstärkt, zu verwenden und das Bauteil aus kostengünstigem Kunststoff geringer Festig¬ keit herzustellen. Nachteilig ist bei diesen bekannten Schrauben bzw. Gewin- deeinsätzen aus Kunststoff, daß sie, genauso wie entspre¬ chende Metallteile, von dem Bauteil abgeschraubt und aus¬ sortiert werden müssen, bevor sich das Bauteil und/oder die Schrauben bzw. Gewindeeinsätze zur Herstellung gleichartiger oder anderer Kunststoff eile wiederverwer¬ ten lassen.
Zwar ist eine Wiederverwertung des Materials dieser Bau- elemente nach dem Sortieren möglich, jedoch ist der Auf¬ wand für eine derartige Wiederverwertung aufgrund der er¬ forderlichen Demontage und des Sortierens hoch, nicht zu¬ letz deshalb, weil sich die Befestigungselemente auf¬ grund der Art ihrer Verbindung mit dem Bauteil allenfalls nach einem Zerschlagen des Bauteils aussortieren lassen, wobei die Sortenreinheit aufgrund von noch anhaftenden Materialresten nicht gewährleistet ist.
Kunststoffschrauben bzw. -gewindeeinsätze werden daher in der Regel nur dann verwendet, wenn ihr Einsatz gegenüber Metallschrauben bzw. -gewindeeinsätzen aus anderen Grün¬ den, z.B. dem Korrosionsschutz, vorteilhaft erscheint.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglich¬ keit zu schaffen, Befestigungselemente der genannten Art zusammen mit dem Bauteil, mit dem sie verbunden sind, wiederzuverwerten.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird vorgeschlagen, daß das Befestigungselement und das Bauteil erfindungsge¬ mäß aus bei einer gemeinsamen Wiederverwertung kompa¬ tiblen Werkstoffen, insbesondere Kunststoffen bestehen. In diesem Zusammenhang bedeutet kompatibel, daß sich das Kunststoff aterial der Schrauben bzw. Gewindeeinsätze mit dem des Bauteils beim Einschmelzen und Regranulieren vollständig mischt und homogen verteilt, ohne daß eine thermische Schädigung des einen oder anderen Kunststoff¬ materials eintritt und ohne daß Verstopfungen von Spritz¬ düsen, Angußkanälen oder schädliche Einlagerungen in einem daraus gefertigten Spritzgußteil auftreten. Dabei kann die Werkstoffpaarung so gewählt werden, daß sich auch eine synergistische Wirkung ergibt.
Die Kompatibilität wird gefördert, wenn der Schmelzpunkt des Kunststoffs für das Befestigungselement etwa gleich dem des für das Bauteil verwendeten Kunststoffs ist und die Kunststoffe insbesondere artgleich sind. Artgleich sind z.B. die Polyolefine untereinander sowie die Poly¬ amide. Dabei kann der Kunststoff für das Befestigungsele¬ ment härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bauteil eingestellt sein und insbesondere festig- keitserhöhende Füllstoffe wie Glasfasern, Glaskugeln, Kohlefasern oder Mineralstoffe enthalten.
Für das Befestigungselement ist z.B. ein schlagzäh modi¬ fiziertes Polyamid (PA) mit 50% Glasfaseranteil geeignet, das sich gemischt mit anderen, einfachen Polyamiden für das Bauteil wiederverwerten läßt. In der gleichen Weise läßt sich ein Polypropylen (PP), das chemisch mit Poly¬ äthylen (PE) gekoppelt ist und 40% Glasfaseranteil ent¬ hält, als Material für das Befestigungselement mit allen Polyolefinen als Material für das Bauteil wiederverwer¬ ten. Des weiteren sind ein Homopolymerisat des Polyoxyme- thylens (POM) mit 40% Glasfaseranteil für das Befesti¬ gungselement und das gleiche Homopolymerisat ohne Glasfa¬ seranteil für das Bauteil geeignet. Auch ein Copolymeri- sat von POM mit 40% Glasfaser läßt sich mit einem ent¬ sprechenden Copolymerisat kombinieren. Eine weitere Mate- - 4 -
rialkombination ist mit einem schlagzäh modifizierten Po- lybuthylenterephthalat PBTP mit 40% Glasfaseranteil und einem einfachen PBTP oder einem schlagzäh modifizierten Polyäthylenterephthalat (PETB) mit 40% Glasfaseranteil 5 und einem einfachen (PETB) gegeben, wobei der Glasfaser¬ gehalt durchaus variieren kann.
Werden die Bauteile zusammen mit den Befestigungselemen¬ ten aufgeschmolzen und regranuliert, mischen sich die Ma-
10. terialien der Befestigungεelemente und des Bauteils pro¬ blemlos, und die Füllstoffe, z.B. die Glasfasern vertei¬ len sich gleichmäßig in der gesamten Schmelze. Das regra¬ nulierte Material läßt sich zu allen Bauteilen verarbei¬ ten, bei denen es auf einen geringen Stoffanteil, der von
15 den Befestigungselementen herrührt, nicht ankommt. Nur für die Befestigungselemente selber sollte aus Festig- keitsgründen stets jungfräuliches Material verwendet wer¬ den.
20 Um eine sichere Verankerung eines Befestigungselements in der Bohrung eines Bauteils zu gewährleisten, kann der in die Bohrung des Bauteils einzupressende, einzuklebende oder durch Ultraschallschweißen, Reibschweißen zu verbin¬ dende oder zu umspritzende Außenoberflächenbereich der
25 Gewindebuchse oder des Gewindestiftes Vertiefungen und
Erhöhungen aufweisen.
Bei einem Verbinden durch Ultraschallschweißen ist es be¬ sonders vorteilhaft, die Erhöhungen spitz auszubilden.
30 Diese spitzen Erhöhungen bilden dann beim Ansetzen der
Sonotrode einen Energierichtungsgeber, so daß nur das Ma¬ terial des Energierichtungsgebers plastifiziert und als Schweißgut über die Gegenfläche der Bohrung verteilt wird. 35 Aufgrund der höheren Festigkeit des für die Befeεtigungs- ele ente verwendeten Materials ist es auch möglich, z.B. eine Schraube oder einen Gewindeeinsatz mit einem selbstfurchenden Gewinde zu versehen, so daß sich die Schraube oder der Gewindeeinsatz in ein vorgeformtes oder vorgebohrtes Loch direkt einschrauben läßt.
Um den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs Rechnung zu tragen, insbesondere die Kerbbeanspruchungen in den Gewinderillen zu vermindern und dadurch die Lastaufnahme¬ fähigkeit der Gewindegänge zu optimieren, können diese beispielsweise um eine Ganghöhe axial gegeneinander ver¬ setzt sein und einen Abstand voneinander aufweisen, der mindestens dem Zweifachen der Ganghöhe entspricht. Auf diese Weise lassen sich die Gewinderillen breit und mit großem Radius ausrunden, wodurch eine Kerbwirkung in die¬ sem Bereich des Gewindeprofils vermieden wird. Des weite¬ ren lassen sich Schrauben oder Gewindeeinsätze mit so ge¬ stalteten Gewindegängen im Spritzguß-Verfahren mit einer zweiteiligen Form herstellen, wenn die Formtrennebene in die Sprungstellen gelegt wird.
Es ist auch möglich, die Gewindehöhe in Eindrehrichtung von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert in Umfangε- richtung vorzugsweise stetig zunehmen zu lassen und über die Einschraublänge wenigstenε einmal , vorzugεweiεe nach jedem halben Gewindegang über einen Absatz auf den Kleinεtwert zu vermindern, so daß der Absatz eine Auε- drehεperre bildet. Durch dieεe Ausdrehεperre wird verhin- dert, daß sich eine angezogene Schraube lockert oder löst oder sich ein Gewindeeinεatz mit einer darin eingedrehten Schraube aus dem Bauteil herausdreht.
Ein einziger, etwa in der Mitte der Eindrehlänge befind- licher Abεatz kann bereitε eine ausreichende Ausdreh¬ sperre bilden, da durch die zunehmende Gewindehöhe beim Eindrehen des Befestigungεelementε ein Bauteil oder beim Aufschrauben einer Mutter Material verdrängt wird und sich aufgrund der Materialelastizität hinter dem Absatz beim Größtwert der Gewindehöhe verkrallt.
Die Gewindehöhe kann vorzugsweiεe über einen halben Ge¬ windegang von dem Kleinεtwert auf den Größtwert zunehmen, so daß sich einander diametral gegenüberliegende Absätze nach jeweils einem halben Gewindegang bilden. Dies hat den Vorteil, daß εich daε Befestigungεelement, wenn eε aus Kunstεtoff besteht, in einer zweiteiligen Spritzgu߬ form mit einer in die Ebene der Absätze gelegten Trennebene herstellen läßt.
Der Anfang eines Gewindeganges mit dem Kleinstwert und das Ende eines Gewindeganges mit dem Größtwert können miteinander fluchten, so daß das Gewinde von Anfang bis Ende kontinuierlich durchläuft und sich Absätze nur am Übergang vom Größtwert zum Kleinstwert bilden. Es iεt je- doch auch möglich, die Gewindegänge um eine Ganghöhe axial zu verεetzen, wobei sie einen Abstand voneinander auf eiεen, der mindeεtenε dem Zweifachen der Ganghöhe entspricht, so daß der Beginn eines Gewindegangs mit dem Kleinstwert und daε Ende eines Gewindegangs mit dem Größtwert jeweils um eine Ganghöhe gegeneinander versetzt sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Gewinderillen breit sind und sich mit großem Radius ausrunden lassen, wodurch sich eine Kerbwirkung dieεeε Teilε deε Gewinde¬ profils vermeiden läßt. Trotzdem lasεen εich eine normale Mutter oder eine Gewindebohrung mit kontinuierlichen Ge¬ windegängen zur Aufnahme deε erfindungεgemäßen Befeεti- gungεelements verwenden.
Weiεt die Schraube oder der Gewindeeinεatz ein εelbεtfur- chendeε Gewinde auf, kann am Einschraubende wenigstenε eine Schneidnut vorhanden εein, während der axiale Ver- - 7 -
satz der Gewindegänge und/oder die veränderliche Gewinde¬ höhe für die Ausdrehεperre erst am Ende der Schneidnut beginnen.
Die Kunststoffschrauben können auch in Holzteile, bei¬ spielsweise im Modellbau eingedreht werden und lasεen sich problemlos mitbearbeiten, ohne daß Schäden an den Schneidmessern entstehen. Die Holzelemente können mit den Kunstεtoffschrauben bei der Entsorgung ohne Rückstände z.B. verbrannt werden.
Vorteilhafterweise können der Außenoberflächenbereich der Gewindebuchse oder des Gewindestiftε und/oder der ent¬ sprechende Innenoberflächenbereich der Bohrung im Bauteil eine Kegelfläche sein, deren Kegelwinkel etwa 8° betragen kann.
Sind sowohl der Außenoberflächenbereich der Gewindebuchse bzw. deε Gewindestiftε alε auch der Innenoberflächenbe- reich der Bohrung alε Kegelfläche auεgebildet, lassen sich die spitzen Erhöhungen mit den dazwischen befindli¬ chen Vertiefungen so bemesεen, daß nach Beendigung deε Schweißenε eine vollflächige Anlage vorliegt und gegebe- nenfallε überschüssigeε geschmolzeneε Material in eine im der Bauteiloberfläche benachbarten Bereich der Gewinde- buchεe oder deε Gewindeεtiftε angeordnete Ringnut ver¬ drängt wird.
Die Erhöhungen können alε εpitze Ringrippen oder Gewinde- gänge ausgebildet sein.
Um eine zusätzliche Verdrehsicherung zu schaffen, kann die Außenoberfläche der Gewindebuchεe oder des Gewinde¬ stiftε unrund, vorzugsweise mit mindestens einer Axialnut in der Außenoberfläche versehen sein. Vorzugεweiεe können zwei einander diametral gegenüberlie¬ gende Axialnuten in der Außenoberfläche angeordner εein, die etwa im Bereich der Ringnut enden und beim Ultra- εchall- oder Reibεchweißen mit Material deε Bauteils auε- gefüllt werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeiεpiele näher erläu¬ tert. Es zeigen:
Fig. 1 die Seitenanεicht einer Kunεtεtoffkopfεchraube mit εelbstfurchendem Gewinde;
Fig. 2 eine Axialansicht auf den Gewindeschaft der Schraube gemäß Fig. 1;
Fig. 3 die Seitenansicht eines Gewindeschafteε mit einem anderen Gewinde;
Fig. 4 eine um 90° versetzte Anεicht deε Gewindeschaftε gemäß Fig. 3 ;
Fig. 5 eine Axialansicht auf den Gewindeεchaft der Fig. 3 und 4;
Fig. 6 die Seitenanεicht eines Gewindeeinεatzes mit Auεdrehsicherun ;
Fig. 7 eine Axialanεicht auf den Gewindeeinsatz gemäß Fig. 6;
Fig. 8 die Seitenanεicht eines Gewindeeinsatzes mit Auεdrehεicherung und axialem Verεatz der Gewin¬ degänge; Fig. 9 die Schnittanεicht einer Kunststoffgewinde- buchεe; und
Fig. 10 eine Draufεicht auf die Gewindebuchse gemäß Fig. 9.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Eine Kopfschraube 1 besteht auε einem Sechεkantkopf 2 mit einem Schaft 3, der ein Rundgewinde 4 aufweist. Am freien Schaftende sind zwei um 180° versetzte Schneidnuten 5 an¬ geordnet, während diametral gegenüberliegend jeder Gewin¬ degang Anflachungen oder Nuten 6 besitzt. Die Schraube 1 besteht aus einem Kunstεtoff, der mit dem Kunεtεtoff deε Bauteils, in das die Schraube 1 eingeschraubt werden soll, kompatibel, insbeεondere artgleich ist. Jedoch ist der Kunstεtoff der Schraube 1 vorzugεweiεe härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bauteil und enthält festigkeitserhöhende Füllstoffe wie Glas¬ fasern, Glaskugeln, Kohlefaεern oder Mineralstoffe. Die Schraube 1 läßt sich daher in eine Bohrung des Bauteils eindrehen und furcht εich dabei das Rundgewinde 4 selber.
Während das in Fig. 1 dargestellte Rundgewinde bereits weitgehend unempfindlich gegen Kerbwirkung ist, läßt sich mit dem in den Fig. 3 bis 5 und 8 dargeεtellten Gewinde in noch erhöhtem Maße den Eigenεchaften deε verwendeten Kunststoffs Rechnung tragen.
In Fig. 3 bis 5 ist nur ein Schaft 7 dargestellt, der entweder, wie in Fig. 1 einen Kopf, insbesondere Sechs¬ kantkopf tragen kann oder als Gewindestift dient. Ebenεo kann das in Fig. 3 bis 5 dargestellte Bauteil als Gewin- deeinsatz auεgebildet sein. Bei dem in Fig. 3 bis 5 dar¬ gestellten Gewinde handelt es sich um ein Spitzgewinde 8, deεεen Gewinderille 9 die doppelte Breite der Ganghöhe eineε normalen Gewindeε aufweist. Jeweils ein Gewindegang 10 läuft um 360°, d.h. einmal um den Gewindeschaft 7 herum. Nach 360° ist der nächεte Gewindegang 10 um den Betrag einer Ganghöhe axial verεetzt und läuft εo wie¬ derum einmal um den Schaft 7 herum. Daε gleiche Spiel wiederholt εich Gang für Gang. Die Schraube erhält da¬ durch bei jedem Gang eine Sprungεtelle 11.
Eε iεt auch möglich, jeweilε um 180° gegeneinander ver¬ setzte Sprungεtellen vorzusehen. Dies hat den Vorteil, daß sich diese Schrauben in einer zweigeteilten Spritz¬ gußform, deren Trennebene durch die Ebene der Sprungstel- len verläuft, herstellen laεεen.
Der in Fig. 6 biε 8 dargestellte Gewindeeinsatz 12 ist mit Gewindegängen 13 versehen, deren Höhe in Umfangsrich- tung über 180° von einem Kleinstwert bis zu einem Größt¬ wert εtetig zunimmt und εich nach jedem halben Gewinde- gang 13 über einen Abεatz 14 wieder auf den Kleinεtwert vermindert. Der hier befindliche Abεatz 14 εtellt die Auεdrehεperre dar. Wird der Gewindeeinεatz 12 nämlich im Uhrzeigerεinn in eine Bohrung eineε Bauteilε einge- εchraubt - zu dieεem Zweck läßt sich ein Einεchraub- Werkzeug mit Zapfen in Axialnuten 15 einεetzen - wird daε Material deε Bauteilε in der Bohrung teilweise verdrängt und weicht teilweise elastisch aus, εo daß eε εich nach Beendigung deε Einεchraubenε hinter den Abεätzen 14 ver¬ krallt und ein Auεdrehen des Gewindeeinsatzeε 12 nur un- ter großem Kraftaufwand möglich iεt.
Grundεätzlich kann die Gewindehöhe vom Kleinεtwert zum Größtwert auch über mehr alε 180°, auch über mehrere vollständige Gewindegänge 13 anwachsen, so daß sich im Extremfall nur ein Absatz 14 als Auεdrehsperre über, die Einschraublänge ergibt. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung weiεt jede Ge¬ winderille, wie bereitε bezüglich Fig. 3 biε 5 beεchrie- ben, die doppelte Breite der Ganghöhe eines normalen Ge- windes auf. Jeweils ein halber Gewindegang 13 läuft um 180° um den Gewindeεchaft 12 herum. Nach 180° iεt der nächεte halbe Gewindegang 13 um den Betrag einer Ganghöhe axial verεetzt. Der Gewindeeinεatz 12 erhält dadurch bei jedem halben Gang 13 einen Sprung, deεεen größerer am Ende des halben Gewindegangs 13 den Absatz 14 und damit die Ausdrehsperre bildet.
Die Gewindebuchse gemäß Fig. 8 ist mit einem selbεtfur- chenden Gewinde versehen, so daß sie sich in eine Bohrung eindrehen läßt, ohne daß die Bohrung vorher mit einem Ge¬ winde verεehen werden muß. Zu diesem Zweck weist die Ge¬ windebuchse 12 am Einschraubende einander diametral ge¬ genüberliegende Schneidnuten 15 auf. Im Bereich der Schneidnuten 15 beεitzt die Gewindebuchεe 12 normale Ge- windegänge mit gleichmäßiger Gewindehöhe und ohne axialen Verεatz. Die veränderliche Gewindehöhe und/oder der axiale Verεatz der Gewindegänge beginnen erεt im Anεchluß an die Schneidnuten 15 am Einεchraubende.
In den Fig. 6 biε 8 ist jeweils eine Gewindebuchεe darge¬ stellt, deren Innenbohrung zur Aufnahme einer Schraube oder eines Gewindestifts dient. Selbstverständlich kann der Gewindeschaft einer Schraube oder eines Gewindeεtiftε in entεprechender Weiεe ein Gewinde mit der erfindungεge- mäßen Auεdrehsperre aufweisen, das ebenfallε εelbεtfur- chend sein kann. Damit die erfindungεgemäße Auεdrehεperre wirksam werden kann, muß das Material des damit verse¬ henen Befestigungεelements eine höhere Festigkeit und Härte als das Material aufweisen, in das das Befesti- gungεelement eingeεchraubt wird. Daε erfindungεgemäße Befeεtigungεelement läßt εich mit Vorteil besonders in Verbindung mit weichen Kunststoffen wie Polyurethan oder Elastomere verwenden. In Anpasεung an die verwendeten Materialien kann die Zunahme der Ge¬ windehöhe vom Kleinεtwert zum Größtwert unterεchiedlich groß εein, bei weichen Kunεtεtoffen wie Polyurethan oder Gummi iεt die Höhenzunahme groß, während die Höhenzunahme in Verbindung mit Bauteilen auε feεtem Kunεtstoff oder Metall geringer iεt.
Gemäß den Figuren 9 und 10 weist eine Gewindebuchse 16 eine Innenbohrung 17 auf, die ein Gewinde besitzen kann. Ein Gewinde ist dann nicht erforderlich, wenn in die Buchse 16 eine Schraube mit εelbεtfurchendem Gewinde ein- geεchraubt wird.
Der in eine Bohrung deε nicht dargeεtellten Bauteilε ein¬ greifende Außenoberflächenbereich der Gewindebuchεe 16 weiεt eine größere Anzahl Ringrippen 18 auf, die durch Ringnuten 19 voneinander getrennt sind. Die Ringrippen 18 können auch als Gewindegänge auεgebildet εein. Im Bereich deε oberen Endes der Gewindebuchse 16 ist eine gegenüber den Ringnuten 19 größere und tiefere Ringnut 20 angeord¬ net. Zwei Axialnuten 21 sind einander diametral gegenüberliegend in der Außenoberfläche der Gewindebuchse 16 angeordnet und enden etwa im Bereich der letzten Ringrippe 18 vor der größeren Ringnut 20.
Die Außenoberfläche der Gewindebuchεe 16 iεt εchwach ke- gelförmig mit einem Kegelwinkel von etwa 8° geεtaltet. Dies läßt sich entweder dadurch erreichen, daß die Höhe der Ringrippen 18 entsprechend dem Kegelwinkel von unten nach oben zunimmt oder dadurch, daß sowohl der Grund der Ringnuten 19 als auch die Spitzen der Ringrippen 18 kegelförmig verlaufen, εo daß die Ringrippen 18 von unten nach oben die gleiche Höhe aufweiεen. - 13 -
Vorzugsweise wird die Gewindebuchse 16 in eine entspre¬ chende kegelige Bohrung eines Bauteils eingesetzt, so daß anfangε mehrere Ringrippen 18 an der Innenoberfläche der Bohrung anliegen. Wird nunmehr eine Sonotrode auf die Ge¬ windebuchεe 16 aufgeεetzt, wirken die Spitzen der Ringrippen 18 alε Energierichtungεgeber, werden plastifi- ziert und als Schweißgut über die Innenoberfläche ver¬ teilt. Dabei wandert die Gewindebuchεe 16 in die Bohrung hinein, εo daß nach und nach εä tliche Ringrippen 18 pla- stifiziert werden.
Eine größere Ringnut 20 dient alε Toleranzausgleich, falls die Bohrung im Bauteil zu eng bzw. die Gewinde- buchεe zu groß iεt. In dieεe Fall wird daε geschmolzene Material der Ringrippen 18, nachdem es die Ringnuten 19 ausgefüllt hat, aufsteigend nach oben verdrängt und füllt die größere Ringnut 20, ohne daß überεchüεεigeε Material auε der Bohrung auεtritt.
Einander diametral gegenüberliegende Axialnuten 21 dienen alε Verdrehεicherung, wenn εich Material deε Bauteilε in dieεen Axialnuten 21 verkrallt. Eine weitere Möglichkeit der Verdrehεicherung beεteht darin, der Gewindebuchεe eine unrunde Außenform zu geben, z.B. durch Abflachungen, Einεchnitte und Einkerbungen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Befestigungs- elemente auε Kunststoff zusammen mit einem Bauteil aus einem mit dem Kunεtstoff der Befestigungεelemente kompa¬ tiblen Kunεtεtoff iεt eε möglich, auε dem Material deε Bauteils und der Befeεtigungεelemente regranulierten Kunεtstoff herzuεtellen, ohne daß es erforderlich ist, die Befestigungεelemente und Bauteile voneinander zu
trennen,. odurch erheblicher Aufwand bei der Aufarbeitung zur Wiederverwertung vermieden wird. Dennoch sind die Verbindungen ausreichend fest, da sich innerhalb einer Gruppe von kompatiblen Kunststoffen stets hochfeste, für Befestigungselemente mit kostengünstigeren, für die Bau¬ teile geeigneten Kunstεtoffen kombinieren laεsen.

Claims

"Verwendung eines Befestigungεelementε auε Kunεtεtoff"Patentansprüche:
1. Verwendung eines Befestigungselementε, insbeεondere einer Schraube (17), einer Mutter, eineε Gewindeein- satzeε (12), eines Niets, einer Gewindebuchse oder eines Gewindeεtiftε auε Kunεtεtoff zuεammen mit einem Bauteil auε einem mit dem Kunststoff des Befesti- gungεele entε bei einer gemeinsamen Wiederverwertung kompatiblen Werkstoff, insbesondere Kunstεtoff.
2. Verwendung nach Anεpruch 1 , dadurch gekennzeichnet. daß daε Befeεtigungεelement eingepreßt, eingeklebt, oder mit dem Bauteil durch Ultraεchallεchweißen, Reibεchweißen oder Umspritzen verbunden ist.
3. Befeεtigungεelement zur Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt des Kunstεtoffε für daε Befeεtigungεelement etwa gleich dem deε für das Bauteil verwendeten Kunst¬ stoffs ist.
4. Befestigungselement zur Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeich¬ net, daß die Kunststoffe artgleich sind.
5. Befeεtigungεelement zur Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 biε 4, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Kunststoff für das Befeεtigungεelement härter und/oder schlagzäher als der Kunstεtoff für daε Bauteil iεt.
6. Befeεtigungεelement zur Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Kunststoff für das Befeεtigungεelement feεtigkeitserhöhende Füllstoffe wie Glasfaεern, Glas¬ kugeln, Kohlefasern oder Mineralεtoffe enthält.
7. Befestigungselement nach einem oder mehreren der An¬ sprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein selbstfur- chendeε Gewinde (4, 8, 15).
8. Befeεtigungselement nach einem oder mehreren der An- sprüche 1 biε 7, gekennzeichnet durch eine von einem Kleinεtwert biε zu einem Größtwert zunehmende Gewin¬ dehöhe und wenigεtenε einen eine Ausdrehsperre bil¬ denden Absatz beim Größtwert der Gewindehöhe.
9. Befestigungselement nach Anspruch 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Gewindehöhe über einen halben Ge¬ windegang (13) von dem Kleinstwert auf den Größtwert zunimmt.
10. Befestigungselement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet. daß der Anfang eines Gewindegangs (13) beim Kleinstwert und daε Ende eineε Gewindegan- geε beim Größtwert miteinander fluchten.
11. Befeεtigungselement nach Anεpruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge (13) am Abεatz axial gegeneinander verεetzt sind.
12. Befestigungselement nach einem oder mehreren der An- sprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch wenigstenε eine Schneidnut (15) am Gewindeanfang.
13. Befeεtigungεelement nach Anεpruch 12, dadurch gekenn- zeichent, daß der axiale Verεatz der Gewindegänge
(13) und/oder die veränderliche Gewindehöhe für die Ausdrehsperre am Ende der Schneidnut (15) beginnen.
14. Befeεtigungselement nach einem oder mehreren der An¬ sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge¬ windegänge (10, 13) um eine Ganghöhe axial verεetzt sind und einen Abstand voneinander aufweisen, der indestenε dem Zweifachen der Ganghöhe entεpricht.
15. Befeεtigungεelement nach einem oder mehreren der An¬ sprüche 1 biε 14, dadurch gekennzeichnet. daß die Ge- windehöhe in Eindrehrichtung von einem Kleinεtwert biε zu einem Größtwert εtetig zunimmt, über die Ein¬ schraublänge wenigstenε einmal über einen Abεatz (14) auf den Kleinstwert vermindert ist und der Abεatz
(14) eine Auεdrehεperre bildet.
16. Befestigungεelement nach einem oder mehreren der An¬ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Bohrung des Bauteils einzusetzende oder zu um¬ spritzende Außenoberflächenbereich der Gewindebuchse (16) oder deε Gewindestiftε Vertiefungen (19, 20) und Erhöhungen (18) aufweiεt.
17. Befeεtigungselement nach Anspruch 16, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Erhöhungen (18) εpitz ausgebildet sind.
18. Befestigungεelement nach Anεpruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,daß der Außenoberflächenbereich eine Kegelfläche iεt. - 1 8 -
19. Befeεtigungselement nach Anspruch 18, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Kegelwinkel etwa 8° beträgt.
20. Befestigungselement nach einem oder mehreren der An- sprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erhöhungen alε εpitze Ringrippen (18) oder Gewinde¬ gänge auεgebildet εind.
21. Befeεtigungεelement nach Anεpruch 20, dadurch gekenn- zeichnet, daß im der Bauteiloberfläche benachbarten
Bereich der Gewindebuchεe (16) oder deε Gewindestifts eine Ringnut (20) zur Aufnahme verdrängter, aufstei¬ gender Kunεtεtoffεchmelze angeordnet iεt.
22. Befeεtigungεelement nach einem oder mehreren der An- εprüche 16 biε 21, gekennzeichnet durch eine unrunde Außenoberfläche.
23. Befeεtigungεelement nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch mindestenε eine in der Außenoberfläche angeord¬ nete Axialnut (21).
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